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JP2005045263A - Pin field effect transistor and method of forming the same - Google Patents

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JP2005045263A
JP2005045263A JP2004214878A JP2004214878A JP2005045263A JP 2005045263 A JP2005045263 A JP 2005045263A JP 2004214878 A JP2004214878 A JP 2004214878A JP 2004214878 A JP2004214878 A JP 2004214878A JP 2005045263 A JP2005045263 A JP 2005045263A
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JP
Japan
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semiconductor
pattern
pin
semiconductor layer
effect transistor
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Application number
JP2004214878A
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Japanese (ja)
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Eihitsu Kim
永必 金
Sun Ghil Lee
善佶 李
Jiei Sai
時榮 崔
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Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

【課題】 ピン電界効果トランジスタ及びその形成方法を提供する。
【解決手段】 このトランジスタは支持基板上に配置され、少なくとも交互に積層された複数個の第1半導体パターン及び第2半導体パターンで構成された多層パターンを含むピンパターンを具備する。ピンパターンの上部を横切るゲート電極が配置され、ピンパターン及びゲート電極の間にゲート絶縁膜が介在される。ゲート電極の両側のピンパターン内に一対の不純物拡散層が形成される。第1及び第2半導体パターンはシリコンの格子幅に比べて少なくとも一方向に広い格子幅を有する。これによって、ピンパターン内に形成されたチャンネル領域で、電荷の移動度が増加してピン電界効果トランジスタの性能を向上させることができる。
【選択図】 図1
A pin field effect transistor and a method of forming the same are provided.
The transistor includes a pin pattern including a multilayer pattern composed of a plurality of first semiconductor patterns and second semiconductor patterns arranged on a support substrate and stacked at least alternately. A gate electrode is disposed across the top of the pin pattern, and a gate insulating film is interposed between the pin pattern and the gate electrode. A pair of impurity diffusion layers are formed in the pin pattern on both sides of the gate electrode. The first and second semiconductor patterns have a lattice width that is wider in at least one direction than the lattice width of silicon. Accordingly, the charge mobility is increased in the channel region formed in the pin pattern, and the performance of the pin field effect transistor can be improved.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は半導体素子及びその形成方法に関するものであり、特に、ピン電界効果トランジスタ及びその形成方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for forming the same, and more particularly to a pin field effect transistor and a method for forming the same.

電界効果トランジスタ(以下、トランジスタ)は半導体素子、すなわち、半導体集積回路を構成する重要な単一素子(discretedevice)のうちの一つである。一般的に、前記トランジスタは半導体基板に互いに離隔して形成されたソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域とドレイン領域との間のチャンネル領域の上部に形成されたゲート電極とで構成される。   A field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) is a semiconductor element, that is, one of important single elements constituting a semiconductor integrated circuit. In general, the transistor includes a source region and a drain region that are spaced apart from each other on a semiconductor substrate, and a gate electrode that is formed above a channel region between the source region and the drain region.

半導体素子の高集積化の傾向によって、前記トランジスタの大きさが徐々に減少して多くの問題点が台頭している。例えば、チャンネル長さの減少で、前記ソース/ドレイン領域間のパンチスルー特性の劣化が深化している。また、前記ゲート電極の前記チャンネル領域に対するコントロール能力(controllability)が低下して漏洩電流等が発生することがある。このような問題点を解決するための方案として、二重ゲート(double gate)構造を有するトランジスタが提案されたところがある。前記二重ゲートトランジスタとは前記チャンネル領域の両面(上下面または両側面など)にゲートが全部配置されて前記チャンネル領域をコントロールするトランジスタのことをいう。   Due to the trend toward higher integration of semiconductor devices, the size of the transistor gradually decreases, and many problems have emerged. For example, the deterioration of punch-through characteristics between the source / drain regions is deepened due to the decrease in channel length. In addition, a control capability of the gate electrode with respect to the channel region may be reduced, and a leakage current may be generated. As a method for solving such a problem, a transistor having a double gate structure has been proposed. The double gate transistor refers to a transistor that controls the channel region by providing all gates on both sides (upper and lower surfaces or both side surfaces) of the channel region.

一方、Chenming Huなどは特許文献1に「基板から垂直に延長された二重ゲートチャンネルを有するFinFETトランジスタの構造および製造方法」というタイトルでFinFETトランジスタを開示したところがある。   On the other hand, Chenning Hu et al. Disclosed a FinFET transistor in Patent Document 1 under the title “Structure and manufacturing method of a FinFET transistor having a double gate channel extending vertically from a substrate”.

前記FinFETトランジスタは半導体基板上に互いに離隔して配置されたシリコンソース領域及びシリコンドレイン領域を含む。前記シリコンソース領域及びシリコンドレイン領域はシリコンピンによって連結される。前記シリコンピン、シリコンソース領域及びシリコンドレイン領域は前記半導体基板から突出する。前記シリコンピンを横切るゲート電極が配置される。すなわち、前記ゲート電極は前記シリコンピンの両側壁を通る。したがって、チャンネル領域は前記シリコンピンの両側壁からなり、前記ゲート電極は前記チャンネル領域の両側でコントロールが可能である。その結果、前記ゲート電極の前記チャンネル領域に対するコントロール能力が向上する。   The FinFET transistor includes a silicon source region and a silicon drain region that are spaced apart from each other on a semiconductor substrate. The silicon source region and the silicon drain region are connected by a silicon pin. The silicon pin, the silicon source region, and the silicon drain region protrude from the semiconductor substrate. A gate electrode is disposed across the silicon pin. That is, the gate electrode passes through both side walls of the silicon pin. Therefore, the channel region is composed of both side walls of the silicon pin, and the gate electrode can be controlled on both sides of the channel region. As a result, the control capability of the gate electrode with respect to the channel region is improved.

一方、半導体素子の高集積化の傾向に反して、前記トランジスタの性能(performance)向上に対する要求が深化している。前記トランジスタのオン電流量(on current)が増加する場合、前記トランジスタの速度が増加し、前記トランジスタの性能が向上することがある。前記FinFETトランジスタは前記シリコンピンの両側壁をチャンネル領域として使用することによって、一般的な平面トランジスタに比べて多くのオン電流量を有することができる。しかし、前記FinFETトランジスタもその大きさが減少する場合、そのオン電流量も減少する。したがって、前記FinFETトランジスタの物理的な大きさが減少しても、前記FinFETトランジスタの性能を向上させることができる方案に対する研究が活発に進行されている。
米国特許第6,413,802号明細書
On the other hand, contrary to the trend toward higher integration of semiconductor devices, there is a growing demand for improved performance of the transistors. When the on-current of the transistor increases, the speed of the transistor may increase and the performance of the transistor may improve. The FinFET transistor can have a larger amount of on-current than a general planar transistor by using both side walls of the silicon pin as a channel region. However, when the size of the FinFET transistor is reduced, the amount of on-current is also reduced. Therefore, research on a method capable of improving the performance of the FinFET transistor even when the physical size of the FinFET transistor is reduced is being actively pursued.
US Pat. No. 6,413,802

本発明が解決しようとする課題は電荷の移動度(mobility)を増加させてトランジスタの性能(performance)を向上させることができるピン電界効果トランジスタを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a pin field effect transistor capable of improving the performance of the transistor by increasing the mobility of the charge.

本発明が解決しようとする他の課題は、電荷の移動度を増加させてトランジスタの性能を向上させることができるピン電界効果トランジスタの形成方法を提供することにある。   Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for forming a pin field effect transistor that can increase the mobility of charges and improve the performance of the transistor.

上述の技術的課題を解決するためにピン電界効果トランジスタを提供する。本発明の一実施の形態によると、ピン電界効果トランジスタは半導体基板から突出したピンパターンを含む。前記ピンパターンは積層された第1および第2半導体パターンを含むことができる。前記第1および第2半導体パターンは少なくとも一方向に前記基板物質の格子幅に比べて大きい格子幅を有することができる。   In order to solve the above technical problem, a pin field effect transistor is provided. According to an embodiment of the present invention, the pin field effect transistor includes a pin pattern protruding from the semiconductor substrate. The pin pattern may include stacked first and second semiconductor patterns. The first and second semiconductor patterns may have a lattice width that is larger than the lattice width of the substrate material in at least one direction.

一実施の形態において、多数個の第1および第2半導体パターンが交互に積層されて前記ピンの高さを増加させることができる。そして、前記第1および第2半導体パターンの一つは他の一つによるストレスを減少させることができる。また、前記ピン電界効果トランジスタチャンネルの長さの方向に沿って、前記第1および第2半導体パターンの格子幅は前記基板の格子幅に比べて大きい可能性がある。これに加えて、前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは膨張したシリコンで形成され、他の一つはシリコンゲルマニウムで形成されうる。前記シリコンゲルマニウムパターンは前記膨張したシリコンパターンのストレスを減少させうる。   In one embodiment, a plurality of first and second semiconductor patterns may be alternately stacked to increase the height of the pin. One of the first and second semiconductor patterns can reduce stress caused by the other. In addition, along the length direction of the pin field effect transistor channel, the lattice width of the first and second semiconductor patterns may be larger than the lattice width of the substrate. In addition, one of the first and second semiconductor patterns may be formed of expanded silicon, and the other may be formed of silicon germanium. The silicon germanium pattern may reduce the stress of the expanded silicon pattern.

一実施の形態において、前記トランジスタは前記半導体基板上の緩衝半導体層、および前記緩衝半導体層上の緩和した半導体装置をさらに含むことができる。前記基板はシリコンで形成することができ、前記緩衝半導体層はグレードシリコンゲルマニウムで形成することができ、前記緩和した半導体層はシリコンゲルマニウムで形成され得る。これに加えて、前記緩衝半導体層のゲルマニウム濃度はその下部面から上部面に高くなるほど、漸進的に増加することができる。前記緩和した半導体層のゲルマニウム濃度は均一であり、前記緩衝半導体層のゲルマニウムの最大濃度と同一であり得る。また、前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成することができる。前記ピンパターンは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成された第3半導体パターンをさらに含むことができる。   In one embodiment, the transistor may further include a buffer semiconductor layer on the semiconductor substrate and a relaxed semiconductor device on the buffer semiconductor layer. The substrate may be formed of silicon, the buffer semiconductor layer may be formed of grade silicon germanium, and the relaxed semiconductor layer may be formed of silicon germanium. In addition, the germanium concentration of the buffer semiconductor layer can be gradually increased as it increases from the lower surface to the upper surface. The germanium concentration of the relaxed semiconductor layer is uniform and may be the same as the maximum germanium concentration of the buffer semiconductor layer. In addition, one of the first and second semiconductor patterns may be formed of the same material as the relaxed semiconductor layer. The pin pattern may further include a third semiconductor pattern formed of the same material as the relaxed semiconductor layer.

一実施の形態において、前記トランジスタは前記半導体基板上に配置され、前記ピンパターンの下部を囲む素子分離膜、および前記素子分離膜上に部分的に配置されたゲート電極をさらに含むことができる。または、前記トランジスタは前記ピンパターン上のハードマスク膜をさらに含むことができる。   In one embodiment, the transistor may further include an element isolation film disposed on the semiconductor substrate and surrounding a lower portion of the pin pattern, and a gate electrode partially disposed on the element isolation film. Alternatively, the transistor may further include a hard mask film on the pin pattern.

本発明の他の実施の形態によると、ピン電界効果トランジスタは第1および第2方向に沿って第1格子幅を有する半導体基板、前記第1および/または第2方向に沿って第2格子幅を有する第1半導体パターン、および前記第1および/または第2方向に沿って第3格子幅を有する第2半導体パターンを含むことができる。前記第2および第3格子幅は前記第1格子幅に比べて大きく、前記第1および第2半導体パターンは順次に積層されて前記基板から突出したピンパターンを形成する。   According to another embodiment of the present invention, the pin field effect transistor includes a semiconductor substrate having a first lattice width along the first and second directions, and a second lattice width along the first and / or second direction. And a second semiconductor pattern having a third lattice width along the first and / or second direction. The second and third lattice widths are larger than the first lattice width, and the first and second semiconductor patterns are sequentially stacked to form a pin pattern protruding from the substrate.

上述の他の技術的課題を解決するためにピン電界効果トランジスタの形成方法を提供する。本発明の一実施の形態によると、この方法は、半導体基板から突出したピンパターンを形成する段階を含むことができる。前記ピンパターンは積層された第1および第2半導体パターンを含むことができる。前記第1および第2半導体パターンは少なくとも一方向に前記基板物質の格子幅に比べて大きい格子幅を有することができる。   In order to solve the other technical problems described above, a method for forming a pin field effect transistor is provided. According to an embodiment of the present invention, the method may include forming a pin pattern protruding from the semiconductor substrate. The pin pattern may include stacked first and second semiconductor patterns. The first and second semiconductor patterns may have a lattice width that is larger than the lattice width of the substrate material in at least one direction.

一実施の形態において、前記ピンパターンを形成する段階は、前記ピンパターンの高さを高めるように、交互に積層された多数個の前記第1および第2半導体パターンを形成することができる。前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは他の一つによるストレスを減少させることができる。また、前記ピン電界効果トランジスタチャンネルの長さの方向に沿って、前記第1および第2半導体パターンの格子幅が前記基板の格子幅に比べて大きい可能性がある。これに加えて、前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは膨張したシリコンで形成され、他の一つはシリコンゲルマニウムで形成されることができる。前記シリコンゲルマニウムパターンは前記膨張したシリコンパターンのストレスを減少させることができる。   In one embodiment, the step of forming the pin pattern may form a plurality of first and second semiconductor patterns stacked alternately so as to increase the height of the pin pattern. One of the first and second semiconductor patterns may reduce stress caused by the other one. In addition, along the length direction of the pin field effect transistor channel, the lattice width of the first and second semiconductor patterns may be larger than the lattice width of the substrate. In addition, one of the first and second semiconductor patterns may be formed of expanded silicon and the other may be formed of silicon germanium. The silicon germanium pattern can reduce stress of the expanded silicon pattern.

一実施の形態において、前記方法は、前記半導体基板上に緩衝半導体層を形成する段階と、前記緩衝半導体層上に緩和した半導体層を形成する段階と、をさらに含むことができる。前記半導体基板はシリコンで形成することができる。前記緩衝半導体層はグレードシリコンゲルマニウムで形成することができ、前記緩和した半導体層はシリコンゲルマニウムで形成することができる。前記緩衝半導体層のゲルマニウム濃度はその下部面から上部面に高くなるほど、漸進的に増加することができる。前記緩和した半導体層のゲルマニウム濃度は均一であり、前記緩衝半導体層のゲルマニウムの最大濃度と同一であり得る。また、前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成することができる。前記ピンパターンは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成された第3半導体パターンをさらに含むことができる。   In one embodiment, the method may further include forming a buffer semiconductor layer on the semiconductor substrate and forming a relaxed semiconductor layer on the buffer semiconductor layer. The semiconductor substrate can be formed of silicon. The buffer semiconductor layer may be formed of grade silicon germanium, and the relaxed semiconductor layer may be formed of silicon germanium. The germanium concentration of the buffer semiconductor layer can be gradually increased as the buffer semiconductor layer increases from the lower surface to the upper surface. The germanium concentration of the relaxed semiconductor layer is uniform and may be the same as the maximum germanium concentration of the buffer semiconductor layer. In addition, one of the first and second semiconductor patterns may be formed of the same material as the relaxed semiconductor layer. The pin pattern may further include a third semiconductor pattern formed of the same material as the relaxed semiconductor layer.

一実施の形態において、前記方法は、前記半導体基板上に配置されて前記ピンパターンの下部を囲む素子分離膜を形成する段階と、前記素子分離膜上に部分的に配置されたゲート電極を形成する段階とをさらに含むことができる。また、前記方法は、前記ピンパターン上のハードマスク膜を形成する段階をさらに含むことができる。   In one embodiment, the method includes forming an element isolation film disposed on the semiconductor substrate and surrounding a lower portion of the pin pattern, and forming a gate electrode partially disposed on the element isolation film. Further comprising the step of: The method may further include forming a hard mask film on the pin pattern.

本発明の他の実施の形態によると、ピン電界効果トランジスタの形成方法は、第1および/または第2方向に沿って第1格子幅を有する半導体基板を準備する段階と、前記第1および/または第2方向に沿って第2格子幅を有する第1半導体パターンを形成する段階と、前記第1および/または第2方向に沿って第3格子幅を有する第2半導体パターンを形成する段階とを含むことができる。前記第2および第3格子幅は前記第1格子幅に比べて大きく、前記第1および第2半導体パターンは順次に積層されて前記基板から突出したピンパターンを形成する。   According to another embodiment of the present invention, a method of forming a pin field effect transistor comprises preparing a semiconductor substrate having a first lattice width along a first and / or second direction, and Or forming a first semiconductor pattern having a second lattice width along the second direction; and forming a second semiconductor pattern having a third lattice width along the first and / or second direction. Can be included. The second and third lattice widths are larger than the first lattice width, and the first and second semiconductor patterns are sequentially stacked to form a pin pattern protruding from the substrate.

本発明によるピン電界効果トランジスタは、少なくとも交互に積層された複数個の第1半導体パターン及び第2半導体パターンで構成されたピンパターンを有する。この時、前記第1及び第2半導体パターンはシリコン結晶に比べて少なくとも一方向に広い格子幅を有する。例えば、前記第1及び第2半導体パターンは各々膨張したシリコンパターン及びシリコン−ゲルマニウムパターンで形成する。これによって、前記ピンパターン内に形成されたチャンネル領域で、電荷の移動度が増加してピン電界効果トランジスタの性能を向上させることができる。これに加えて、前記シリコン−ゲルマニウムパターンは前記膨脹したシリコンパターンのストレスを緩和させる役割を果たして前記ピンパターンの高さを十分に高めることができる。   The pin field effect transistor according to the present invention has a pin pattern composed of a plurality of first semiconductor patterns and second semiconductor patterns that are alternately stacked. At this time, the first and second semiconductor patterns have a larger lattice width in at least one direction than the silicon crystal. For example, the first and second semiconductor patterns are formed of an expanded silicon pattern and a silicon-germanium pattern, respectively. Accordingly, the charge mobility is increased in the channel region formed in the pin pattern, and the performance of the pin field effect transistor can be improved. In addition, the silicon-germanium pattern serves to relieve the stress of the expanded silicon pattern, thereby sufficiently increasing the height of the pin pattern.

また、前記膨脹したシリコンパターンは電子の移動度を増加させ、前記シリコン−ゲルマニウムパターンは正孔の移動度が低下することを防止する。したがって、前記ピンパターンを有する電界効果トランジスタはNMOS及びPMOSトランジスタを同時に具備するCMOS素子に適する。   In addition, the expanded silicon pattern increases electron mobility, and the silicon-germanium pattern prevents hole mobility from decreasing. Therefore, the field effect transistor having the pin pattern is suitable for a CMOS device having both NMOS and PMOS transistors.

以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施の形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施の形態は開示された内容が徹底し、完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。図面において、層及び領域の厚さは明確性のために誇張されたものである。また、層が他の層または基板「上」にあると言及される場合に、それは他の層または基板上に直接形成することができるもの、またはそれらの間に第3の層を介在することもできるものである。明細書の全体にわたって同一の参照番号で表示された部分は同一の構成要素を示す。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of layers and regions are exaggerated for clarity. Also, when a layer is referred to as being “on” another layer or substrate, it can be formed directly on the other layer or substrate, or intervening a third layer therebetween It is also possible. Portions denoted by the same reference numerals throughout the specification indicate the same components.

図1は本発明の一実施の形態によるピン電界効果トランジスタを示す斜視図であり、図2は図1のI−I′に沿って切断した断面図であり、図3は図1のII−II′に沿って切断した断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing a pin field effect transistor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing cut | disconnected along II '.

図1、図2及び図3を参照すると、支持基板105上に埋没絶縁膜106が配置され、前記埋没絶縁膜106上に順次に積層されたピンパターン118及びハードマスクパターン116aが配置される。   Referring to FIGS. 1, 2, and 3, the buried insulating film 106 is disposed on the support substrate 105, and the pin pattern 118 and the hard mask pattern 116 a are sequentially stacked on the buried insulating film 106.

前記支持基板105は半導体基板100と、前記半導体基板100上に順次に積層された緩衝半導体層102及び緩和された半導体層104aで構成することができる。前記半導体基板100はシリコン基板からなることが望ましい。   The support substrate 105 may include a semiconductor substrate 100, a buffer semiconductor layer 102 and a relaxed semiconductor layer 104 a sequentially stacked on the semiconductor substrate 100. The semiconductor substrate 100 is preferably made of a silicon substrate.

前記緩衝半導体層102は前記半導体基板100と前記緩和された半導体層104aとの間のストレス(例えば、張力ストレス)を緩和させることができる半導体層102からなる。前記緩和された半導体層104aはストレスのない半導体層からなる。例えば、前記緩衝半導体層102はグレードシリコン−ゲルマニウム層からなり、前記緩和された半導体層104aは緩和されたシリコン−ゲルマニウム層からなることが望ましい。   The buffer semiconductor layer 102 includes a semiconductor layer 102 that can relieve stress (eg, tension stress) between the semiconductor substrate 100 and the relaxed semiconductor layer 104a. The relaxed semiconductor layer 104a is made of a semiconductor layer without stress. For example, the buffer semiconductor layer 102 may be a grade silicon-germanium layer, and the relaxed semiconductor layer 104a may be a relaxed silicon-germanium layer.

前記グレードシリコン−ゲルマニウム層は下部面から上部面に高くなるほど、そのゲルマニウム濃度が漸進的に増加し、前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は膜の全体にわたってゲルマニウム濃度が均一である。前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度は前記グレードシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度が最大である部分、すなわち、その最上部と同一であることが望ましい。   As the grade silicon-germanium layer increases from the lower surface to the upper surface, the germanium concentration gradually increases, and the relaxed silicon-germanium layer has a uniform germanium concentration throughout the film. The germanium concentration of the relaxed silicon-germanium layer is preferably the same as the portion of the grade silicon-germanium layer where the germanium concentration is maximum, that is, the uppermost portion thereof.

ゲルマニウム原子はシリコン原子に比べてその直径が大きい。このため、シリコン原子とゲルマニウム原子とが共存する膜の格子幅はシリコン原子だけで構成された一般的なシリコン層に比べて広い格子幅を有する。その結果、前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層からなる緩和された半導体層104aは前記シリコン基板からなる半導体基板100に比べて広い格子幅を有する。   Germanium atoms are larger in diameter than silicon atoms. For this reason, the lattice width of the film in which silicon atoms and germanium atoms coexist is wider than that of a general silicon layer composed of only silicon atoms. As a result, the relaxed semiconductor layer 104a made of the relaxed silicon-germanium layer has a larger lattice width than the semiconductor substrate 100 made of the silicon substrate.

一方、前記グレードシリコン−ゲルマニウム層からなる緩衝半導体層102は下部面から上部面に高くなるほど、格子幅が漸進的に増加する。これは、前記緩衝半導体層102内のゲルマニウム濃度が漸進的に増加することに起因する。これによって、前記緩衝半導体層102は前記半導体基板100と前記緩和された半導体層104aとの間の格子幅の差によるストレスを緩和させるバッファの役割を果たす。   On the other hand, the buffer width of the buffer semiconductor layer 102 made of the grade silicon-germanium layer gradually increases as the height increases from the lower surface to the upper surface. This is because the germanium concentration in the buffer semiconductor layer 102 gradually increases. Accordingly, the buffer semiconductor layer 102 serves as a buffer that relieves stress due to a difference in lattice width between the semiconductor substrate 100 and the relaxed semiconductor layer 104a.

前記埋没絶縁膜106は絶縁膜として、シリコン酸化膜、ゲルマニウム酸化膜またはシリコン酸化膜及びゲルマニウム酸化膜が共存する膜であり得る。   The buried insulating film 106 may be a silicon oxide film, a germanium oxide film, or a film in which a silicon oxide film and a germanium oxide film coexist as an insulating film.

前記ピンパターン118は少なくとも交互に積層された複数個の第1半導体パターン110a及び第2半導体パターン112aで構成された多層パターン114aを含む。この時、前記第1及び第2半導体パターン110a、112aは一般的なシリコン結晶の格子幅に比べて少なくとも一方向に広い格子幅を有する。前記多層パターン114aと前記埋没絶縁膜106との間に第3半導体パターン104cが配置されることが望ましい。前記第3半導体パターン104cは前記多層パターン114aの側壁に整列された側壁を有する。前記第3半導体パターン104cは前記緩和された半導体層104aと同一な格子幅を有する同一な物質からなることが望ましい。前記ピンパターン118は積層された前記第3半導体パターン104c及び多層パターン114aで構成することができる。   The pin pattern 118 includes a multilayer pattern 114a composed of a plurality of first semiconductor patterns 110a and second semiconductor patterns 112a that are alternately stacked. At this time, the first and second semiconductor patterns 110a and 112a have a lattice width wider in at least one direction than the lattice width of a general silicon crystal. A third semiconductor pattern 104c is preferably disposed between the multilayer pattern 114a and the buried insulating film 106. The third semiconductor pattern 104c has sidewalls aligned with the sidewalls of the multilayer pattern 114a. The third semiconductor pattern 104c may be made of the same material having the same lattice width as the relaxed semiconductor layer 104a. The pin pattern 118 may include the third semiconductor pattern 104c and the multilayer pattern 114a that are stacked.

前記第1及び第2半導体パターン110a、112aのうちの一つは前記緩和された半導体層104a(または前記第3半導体パターン104c)と同一な格子幅を有する同一な物質からなることが望ましい。   One of the first and second semiconductor patterns 110a and 112a may be formed of the same material having the same lattice width as the relaxed semiconductor layer 104a (or the third semiconductor pattern 104c).

前記第1半導体パターン110a及び第2半導体パターン112aのうちの一つは膨脹したシリコンパターンからなり、他の一つはシリコン−ゲルマニウムパターンからなることが望ましい。   One of the first semiconductor pattern 110a and the second semiconductor pattern 112a may be an expanded silicon pattern, and the other may be a silicon-germanium pattern.

前記膨脹したシリコンパターンの水平な方向の格子幅は前記第3半導体パターン104cまたは前記緩和された半導体層104aの水平な方向の格子幅と同一な格子幅を有するように膨脹している。前記ピンパターン118内の前記シリコン−ゲルマニウムパターンは前記緩和された半導体層104a、または前記第3半導体パターン104cと同一なゲルマニウム濃度を有する。すなわち、前記ピンパターン118内の前記シリコン−ゲルマニウムパターンはストレスにフリー(free)し、前記緩和された半導体層104a、または第3半導体パターン104cと同一な格子幅を有することが望ましい。   The expanded silicon pattern is expanded such that the horizontal lattice width of the expanded silicon pattern is equal to the horizontal width of the third semiconductor pattern 104c or the relaxed semiconductor layer 104a. The silicon-germanium pattern in the pin pattern 118 has the same germanium concentration as the relaxed semiconductor layer 104a or the third semiconductor pattern 104c. That is, it is preferable that the silicon-germanium pattern in the pin pattern 118 is free from stress and has the same lattice width as the relaxed semiconductor layer 104a or the third semiconductor pattern 104c.

結果的に、前記ピンパターン118内の膨脹したシリコンパターンは水平な方向に格子幅が膨脹しており、前記ピンパターン118内のシリコン−ゲルマニウムパターン及び緩和された半導体パターン104cは前記膨脹したシリコンパターンのストレスを緩和させるバッファの役割を果たす。   As a result, the expanded silicon pattern in the pin pattern 118 has a horizontally expanded lattice width, and the silicon-germanium pattern and the relaxed semiconductor pattern 104c in the pin pattern 118 are the expanded silicon pattern. Serves as a buffer to relieve stress.

前記多層パターン114aの最上部層及び最下部層は全部前記膨脹したシリコンパターンからなることができる。これとは異なって、前記多層パターン114aの最上部層及び最下部層は全部前記シリコン−ゲルマニウムパターンからなることができる。さらに、前記多層パターン114aの最上部層及び最下部層のうちの一つは前記膨脹したシリコンパターンからなり、他の一つは前記シリコン−ゲルマニウムパターンからなることもできる。   The uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer pattern 114a may be formed of the expanded silicon pattern. In contrast, the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer pattern 114a may be formed of the silicon-germanium pattern. Further, one of the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer pattern 114a may be formed of the expanded silicon pattern, and the other layer may be formed of the silicon-germanium pattern.

前記ハードマスクパターン116aはシリコン窒化膜からなることができ、前記シリコン窒化膜と前記ピンパターン118との間に介在されたバッファ酸化膜をさらに含むこともできる。   The hard mask pattern 116a may be formed of a silicon nitride film, and may further include a buffer oxide film interposed between the silicon nitride film and the pin pattern 118.

前記ピンパターン118及びハードマスクパターン116aの上部を横切るゲート電極122が配置される。少なくとも前記ピンパターン118と前記ゲート電極122との間にゲート絶縁膜120が介在される。前記ゲート電極122は導電膜、例えば、ドーピングされたポリシリコン、ポリサイドまたは金属膜からなることができる。前記ゲート絶縁膜120は少なくとも前記ピンパターン118の露出した表面上に配置される。前記ハードマスクパターン116aによって、前記ゲート電極122の下部の前記ピンパターン118の両側壁がチャンネル領域に該当する。   A gate electrode 122 is disposed across the pin pattern 118 and the hard mask pattern 116a. A gate insulating layer 120 is interposed between at least the pin pattern 118 and the gate electrode 122. The gate electrode 122 may be formed of a conductive film, for example, doped polysilicon, polycide, or a metal film. The gate insulating layer 120 is disposed on at least the exposed surface of the pin pattern 118. Due to the hard mask pattern 116a, both side walls of the pin pattern 118 below the gate electrode 122 correspond to a channel region.

これとは異なって、前記ハードマスクパターン116aは省略することができる。この場合には、前記ゲート電極122の下部に位置する前記ピンパターン118の両側壁及び上部面がチャンネル領域に該当する。この時、前記ゲート絶縁膜120は前記ピンパターン118の上部面と前記ゲート電極122との間にも介在される。   Unlike this, the hard mask pattern 116a can be omitted. In this case, both side walls and the upper surface of the pin pattern 118 located under the gate electrode 122 correspond to the channel region. At this time, the gate insulating layer 120 is also interposed between the upper surface of the pin pattern 118 and the gate electrode 122.

前記ピンパターン118内のパターン104c、110a、112aの広い格子幅は前記チャンネル領域の長さの方向と平行であることが望ましい。   The wide lattice width of the patterns 104c, 110a, and 112a in the pin pattern 118 is preferably parallel to the length direction of the channel region.

前記ゲート電極122の両側の前記ピンパターン118内に一対の不純物拡散層125が配置される。前記不純物拡散層125は各々ソース/ドレイン領域に該当する。   A pair of impurity diffusion layers 125 are disposed in the pin pattern 118 on both sides of the gate electrode 122. The impurity diffusion layers 125 correspond to source / drain regions.

上述の構造のピン電界効果トランジスタにおいて、前記ピンパターン118は一般的なシリコン結晶に比べて広い格子幅を有するパターン104c、110a、112aで構成される。すなわち、前記ピンパターン118はシリコン−ゲルマニウムパターンと膨脹したシリコンパターンとが交互に積層された構造を有する。これによって、前記チャンネル領域内のキャリアの移動度が増加して前記ピン電界効果トランジスタのオン電流が増加し、その結果、前記ピン電界効果トランジスタの性能が向上する。前記ピンパターン118のチャンネル領域内のキャリアの移動度を図4のエネルギーバンドダイヤグラムを参照して説明する。   In the pin field effect transistor having the above-described structure, the pin pattern 118 includes patterns 104c, 110a, and 112a having a wider lattice width than a general silicon crystal. That is, the pin pattern 118 has a structure in which silicon-germanium patterns and expanded silicon patterns are alternately stacked. This increases the mobility of carriers in the channel region and increases the on-current of the pin field effect transistor. As a result, the performance of the pin field effect transistor is improved. The mobility of carriers in the channel region of the pin pattern 118 will be described with reference to the energy band diagram of FIG.

図4は図2のIII−III′に沿って切断した概略的なエネルギーバンドダイヤグラムである。   FIG. 4 is a schematic energy band diagram taken along the line III-III ′ of FIG.

図2及び図4を参照すると、図4のエネルギーバンドダイヤグラムは第1半導体パターン110aが膨脹したシリコンパターンからなり、第2半導体パターン112aがシリコン−ゲルマニウムパターンからなる場合を図示したことである。   Referring to FIGS. 2 and 4, the energy band diagram of FIG. 4 illustrates a case where the first semiconductor pattern 110a is formed of an expanded silicon pattern and the second semiconductor pattern 112a is formed of a silicon-germanium pattern.

点線200はフェルミレベル(Fermi level)を示し、点線210、220は各々の一般的な単結晶シリコン層の価電子帯(valence band)及び伝導帯(conduction band)に該当する。これによって、前記点線210、220を各々の基準価電子帯(a strandard valence band)及び基準伝導帯(a strandard conduction band)と称する。実線310、320は各々前記第1半導体パターン110aの第1価電子帯310及び第1伝導帯320に該当し、実線410、420は各々前記第2半導体パターン112aの第2価電子帯410及び第2伝導帯に該当する。   A dotted line 200 indicates a Fermi level, and dotted lines 210 and 220 correspond to a valence band and a conduction band of each general single crystal silicon layer. Accordingly, the dotted lines 210 and 220 are referred to as a standard valence band and a standard conduction band, respectively. The solid lines 310 and 320 correspond to the first valence band 310 and the first conduction band 320 of the first semiconductor pattern 110a, respectively, and the solid lines 410 and 420 respectively represent the second valence band 410 and the first conduction band 320 of the second semiconductor pattern 112a. It corresponds to two conduction bands.

図4に示したように、前記膨脹したシリコンパターンの広い格子幅によって、前記第1伝導帯320は前記基準伝導帯220に比べて低いエネルギーレベルを有する。これによって、前記第1伝導帯320内に電子が存在する確率は前記基準伝導帯220に比べて高い。前記第2半導体パターン112aのゲルマニウム濃度に関係なく、前記第2伝導帯420は前記基準伝導帯220とほとんど同一なエネルギーレベルを有する。したがって、前記第2伝導帯420内に電子が存在する確率は前記基準伝導帯220内に電子が存在する確率と類似である。結果的に、前記ピンパターン118に形成されたチャンネル領域には従来のシリコンピンに形成されたチャンネル領域に比べてさらに多い電子が存在する。したがって、前記ピンパターン118に形成されたチャンネル領域での電子の移動度は従来のそれに比べて増加する。   As shown in FIG. 4, due to the wide lattice width of the expanded silicon pattern, the first conduction band 320 has a lower energy level than the reference conduction band 220. Accordingly, the probability that electrons are present in the first conduction band 320 is higher than that of the reference conduction band 220. Regardless of the germanium concentration of the second semiconductor pattern 112a, the second conduction band 420 has almost the same energy level as the reference conduction band 220. Accordingly, the probability that electrons exist in the second conduction band 420 is similar to the probability that electrons exist in the reference conduction band 220. As a result, there are more electrons in the channel region formed in the pin pattern 118 than in the channel region formed in the conventional silicon pin. Accordingly, the mobility of electrons in the channel region formed in the pin pattern 118 is increased as compared with the conventional one.

一方、前記第1価電子帯310は前記基準価電子帯210に比べて低いエネルギーレベルを有する。すなわち、前記第1価電子帯310内に正孔が存在する確率が前記基準価電子帯210に比べて低い。これに反して、前記第2価電子帯410は前記基準価電子帯210に比べて高いエネルギーレベルを有する。すなわち、前記第2価電子帯310内に正孔が存在する確率は前記基準価電子帯210に比べて高い。その結果、前記第1価電子帯310が前記基準価電子帯210に比べて低くても、前記第2価電子帯410が前記基準価電子帯210に比べて高い。すなわち、前記ピンパターン118内にPMOSチャンネル領域が形成されても、正孔の移動度が低下しない。したがって、前記ピンパターン118を有するピン電界効果トランジスタはNMOS及びPMOSトランジスタが同時に実現されるCMOS素子に非常に適する。   Meanwhile, the first valence band 310 has a lower energy level than the reference valence band 210. That is, the probability that holes exist in the first valence band 310 is lower than that of the reference valence band 210. On the other hand, the second valence band 410 has a higher energy level than the reference valence band 210. That is, the probability that holes exist in the second valence band 310 is higher than that of the reference valence band 210. As a result, even if the first valence band 310 is lower than the reference valence band 210, the second valence band 410 is higher than the reference valence band 210. That is, even if a PMOS channel region is formed in the pin pattern 118, hole mobility does not decrease. Therefore, the pin field effect transistor having the pin pattern 118 is very suitable for a CMOS device in which NMOS and PMOS transistors are realized simultaneously.

結果的に、前記ピンパターン118は交互に積層された膨脹したシリコンパターン及びシリコン−ゲルマニウムパターンを含む。前記膨脹したシリコンパターンは電子の移動度を増加させる。前記シリコン−ゲルマニウムパターンは前記膨脹したシリコンパターンのストレスを緩和させることによって、前記ピンパターン118の高さを増加させることができる。また、前記シリコン−ゲルマニウムパターンは正孔の移動度を増加させる。したがって、前記ピンパターン118を有する電界効果トランジスタのオン電流量が増加して、それの性能が向上する。   As a result, the pin pattern 118 includes an expanded silicon pattern and a silicon-germanium pattern that are alternately stacked. The expanded silicon pattern increases electron mobility. The silicon-germanium pattern may increase the height of the pin pattern 118 by relieving the stress of the expanded silicon pattern. In addition, the silicon-germanium pattern increases hole mobility. Therefore, the amount of on-current of the field effect transistor having the pin pattern 118 is increased, and the performance thereof is improved.

図5乃至図7は本発明の一実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図2のI−I′に沿って切断した工程断面図である。   5 to 7 are process cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 2 for explaining a method of forming a pin field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

図5および図6を参照すると、半導体基板100上に緩衝半導体層(102、buffer semiconductor layter)を形成し、前記緩衝半導体層102上に緩和された半導体層(104、relaxed semiconductor layer)を形成する。前記半導体基板100、緩衝半導体層102及び緩和された半導体層104は支持基板105を構成することができる。   5 and 6, a buffer semiconductor layer (102) is formed on the semiconductor substrate 100, and a relaxed semiconductor layer (104, relaxed semiconductor layer) is formed on the buffer semiconductor layer 102. . The semiconductor substrate 100, the buffer semiconductor layer 102, and the relaxed semiconductor layer 104 may constitute a support substrate 105.

前記半導体基板100はシリコン基板を使用することが望ましい。前記緩和された半導体層104はストレスがなく、一般的なシリコン結晶の格子幅に比べて広い格子幅を有する半導体層で形成する。例えば、前記緩和された半導体層104は緩和されたシリコン−ゲルマニウム層で形成することが望ましい。前記緩衝半導体層102は前記半導体基板100と前記緩和された半導体層104との間の格子幅の差により生じるストレスを緩和させることができる半導体層で形成する。例えば、前記緩衝半導体層102はグレードシリコン−ゲルマニウム層で形成することが望ましい。   The semiconductor substrate 100 is preferably a silicon substrate. The relaxed semiconductor layer 104 is formed of a semiconductor layer free from stress and having a lattice width wider than that of a general silicon crystal. For example, the relaxed semiconductor layer 104 is preferably formed of a relaxed silicon-germanium layer. The buffer semiconductor layer 102 is formed of a semiconductor layer that can relieve stress caused by a difference in lattice width between the semiconductor substrate 100 and the relaxed semiconductor layer 104. For example, the buffer semiconductor layer 102 is preferably formed of a grade silicon-germanium layer.

前記グレードシリコン−ゲルマニウム層は前記半導体基板100の表面からゲルマニウムソースガス量を漸進的に増加させるエピタキシャル成長工程で形成する。したがって、前記グレードシリコン−ゲルマニウム層は前記半導体基板100の表面から高くなるほどそのゲルマニウム濃度が増加する。すなわち、前記グレードシリコン−ゲルマニウム層は下部面から上部面に高くなるほど、格子幅が漸進的に増加する。   The grade silicon-germanium layer is formed by an epitaxial growth process in which the amount of germanium source gas is gradually increased from the surface of the semiconductor substrate 100. Therefore, the higher the grade silicon-germanium layer is from the surface of the semiconductor substrate 100, the higher the germanium concentration. That is, as the grade silicon-germanium layer increases from the lower surface to the upper surface, the lattice width gradually increases.

前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は前記緩衝半導体層102上にゲルマニウムソースガス量を一定に供給するエピタキシャル成長工程で形成する。したがって、前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は膜の全体にわたって均一なゲルマニウム濃度を有する。この時、前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度は前記グレードシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度が最大である部分(すなわち、膜の最上部)と同一であることが望ましい。   The relaxed silicon-germanium layer is formed on the buffer semiconductor layer 102 by an epitaxial growth process that supplies a constant amount of germanium source gas. Thus, the relaxed silicon-germanium layer has a uniform germanium concentration throughout the film. At this time, it is preferable that the germanium concentration of the relaxed silicon-germanium layer is the same as the portion where the germanium concentration of the grade silicon-germanium layer is maximum (that is, the uppermost portion of the film).

結果的に、前記緩衝半導体層102は前記緩和された半導体層104と前記半導体基板100との間のストレスを吸収し、前記緩和された半導体層104はストレスがフリーになる。   As a result, the buffer semiconductor layer 102 absorbs stress between the relaxed semiconductor layer 104 and the semiconductor substrate 100, and the relaxed semiconductor layer 104 becomes free of stress.

続いて、前記支持基板105に所定の元素イオンを注入して前記緩和された半導体層104内に埋没絶縁膜106を形成する。この時、前記埋没絶縁膜106の上部面は前記緩和された半導体層104の上部面から所定の深さで離隔されるように形成する。その結果、前記緩和された半導体層104は順次に積層された第1緩和された半導体層104a、前記埋没絶縁膜106及び第2緩和された半導体層104bで形成される。   Subsequently, a predetermined element ion is implanted into the support substrate 105 to form a buried insulating film 106 in the relaxed semiconductor layer 104. At this time, the upper surface of the buried insulating film 106 is formed to be separated from the upper surface of the relaxed semiconductor layer 104 by a predetermined depth. As a result, the relaxed semiconductor layer 104 is formed of the first relaxed semiconductor layer 104a, the buried insulating film 106, and the second relaxed semiconductor layer 104b, which are sequentially stacked.

前記所定の元素イオンは酸素イオンであることが望ましい。したがって、前記埋没絶縁膜106はシリコン酸化膜、ゲルマニウム酸化膜またはシリコン酸化膜とゲルマニウム酸化膜とが共存する絶縁膜に形成することができる。   The predetermined element ion is preferably an oxygen ion. Therefore, the buried insulating film 106 can be formed as a silicon oxide film, a germanium oxide film, or an insulating film in which a silicon oxide film and a germanium oxide film coexist.

続いて、前記第2緩和された半導体層104b上に交互に積層された複数個の第1半導体層110及び第2半導体層112で構成された多層膜114を形成する。前記第1半導体層110及び第2半導体層112のうちの一つはエピタキシャル成長工程を使用した膨脹したシリコン膜で形成し、他の一つはエピタキシャル成長工程を使用したシリコン−ゲルマニウム膜で形成することが望ましい。   Subsequently, a multilayer film 114 including a plurality of first semiconductor layers 110 and second semiconductor layers 112 stacked alternately on the second relaxed semiconductor layer 104b is formed. One of the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 112 may be formed of an expanded silicon film using an epitaxial growth process, and the other may be formed of a silicon-germanium film using an epitaxial growth process. desirable.

前記多層膜114を形成する方法の具体的な例として、前記第2緩和された半導体層104b上にシリコンソースガスを使用するエピタキシャル成長工程で第1半導体層110を形成する。これによって、前記第1半導体層110の水平な方向の格子幅は前記第2緩和された半導体層104bの水平な方向の格子幅と同一な格子幅を有する単結晶シリコン膜、すなわち、前記膨脹したシリコン膜で形成される。前記膨脹したシリコン膜は前記第2緩和された半導体層104bの格子幅に起因して、前記支持基板105の表面と平行な方向の格子幅が膨脹する。したがって、前記膨脹したシリコン膜は一般的なシリコン結晶の格子幅に比べて広い格子幅を有する。   As a specific example of the method of forming the multilayer film 114, the first semiconductor layer 110 is formed on the second relaxed semiconductor layer 104b by an epitaxial growth process using a silicon source gas. Accordingly, the lattice width in the horizontal direction of the first semiconductor layer 110 is a single crystal silicon film having the same lattice width as the lattice width in the horizontal direction of the second relaxed semiconductor layer 104b, that is, the expanded. It is formed of a silicon film. The expanded silicon film has a lattice width in a direction parallel to the surface of the support substrate 105 due to the lattice width of the second relaxed semiconductor layer 104b. Therefore, the expanded silicon film has a larger lattice width than that of a general silicon crystal.

前記第1半導体層110を所定の厚さで形成した後、前記第1半導体層110上にシリコンソースガス及びゲルマニウムソースガスを使用したエピタキシャル工程で第2半導体層112を形成する。すなわち、前記第2半導体層112はシリコン−ゲルマニウム層で形成される。この時、前記第2半導体層112は前記第2緩和された半導体層104bと同一なゲルマニウム濃度を有するように形成することが望ましい。したがって、前記第2半導体層112は前記第2緩和された半導体層104bと同一な格子幅を有するように形成される。また、前記第2半導体層112の水平な方向の格子幅は前記第1半導体層110の水平な方向の格子幅と同一に形成される。   After the first semiconductor layer 110 is formed with a predetermined thickness, the second semiconductor layer 112 is formed on the first semiconductor layer 110 by an epitaxial process using a silicon source gas and a germanium source gas. That is, the second semiconductor layer 112 is formed of a silicon-germanium layer. At this time, the second semiconductor layer 112 is preferably formed to have the same germanium concentration as the second relaxed semiconductor layer 104b. Accordingly, the second semiconductor layer 112 is formed to have the same lattice width as the second relaxed semiconductor layer 104b. The horizontal width of the second semiconductor layer 112 is the same as the horizontal width of the first semiconductor layer 110.

結果的に、ストレスがない前記第2緩和された半導体層104b及び第2半導体層112はそれらの間に介在された第1半導体層110の膨脹した格子幅によるストレスを吸収する。言い替えれば、前記多層膜114の第2半導体層112は隣接した第1半導体層110のストレスを吸収する役割を果たす。   As a result, the second relaxed semiconductor layer 104b and the second semiconductor layer 112 having no stress absorb stress due to the expanded lattice width of the first semiconductor layer 110 interposed therebetween. In other words, the second semiconductor layer 112 of the multilayer film 114 serves to absorb the stress of the adjacent first semiconductor layer 110.

これとは異なって、前記第1半導体層110をエピタキシャル成長工程を使用したシリコン−ゲルマニウム層で形成し、前記第2半導体層112をエピタキシャル成長工程を使用した膨脹したシリコン層で形成することができる。   In contrast, the first semiconductor layer 110 may be formed of a silicon-germanium layer using an epitaxial growth process, and the second semiconductor layer 112 may be formed of an expanded silicon layer using an epitaxial growth process.

前記多層膜114の最上部層及び最下部層は全部前記第1半導体層110で形成することができる。これとは異なって、前記多層膜114の最上部層及び最下部層は全部前記第2半導体層110で形成することもできる。さらに、前記多層膜114の最上部層及び最下部層のうちの一つは前記第1半導体層110で形成し、他の一つは前記第2半導体層112で形成することもできる。   The uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer film 114 may be formed of the first semiconductor layer 110. In contrast, the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer film 114 may be formed of the second semiconductor layer 110. Further, one of the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer film 114 may be formed of the first semiconductor layer 110, and the other may be formed of the second semiconductor layer 112.

前記多層膜114上にハードマスク膜116を形成する。前記ハードマスク膜116は前記多層膜114に対してエッチング選択比を有すると同時に、反射防止膜の役割を果たすことができる絶縁膜、例えば、シリコン窒化膜で形成することができる。もちろん、前記ハードマスク膜116は前記シリコン窒化膜と前記多層膜114との間に形成されたバッファ酸化膜をさらに含むことができる。   A hard mask film 116 is formed on the multilayer film 114. The hard mask film 116 may be formed of an insulating film, for example, a silicon nitride film, which has an etching selectivity with respect to the multilayer film 114 and can also serve as an antireflection film. Of course, the hard mask film 116 may further include a buffer oxide film formed between the silicon nitride film and the multilayer film 114.

図7を参照すると、前記ハードマスク膜116、多層膜114及び第2緩和された半導体層104bを連続的にパターニングして順次に積層された第2緩和された半導体パターン104c、多層パターン114a及びハードマスクパターン116aを形成する。前記多層パターン114aは交互に積層された複数個の第1半導体パターン110a及び第2半導体パターン112aで構成される。前記第1及び第2半導体層110、112のうちの一つを前記膨脹したシリコン膜で形成し、他の一つを前記シリコン−ゲルマニウム膜で形成する場合、前記第1及び第2半導体パターン110a、112aのうちの一つは膨脹したシリコンパターンで形成され、他の一つはシリコン−ゲルマニウムパターンで形成される。前記第2緩和された半導体パターン104c及び多層パターン114aはピンパターン118を構成する。前記ピンパターン118は前記埋没絶縁膜106上に形成される。したがって、前記ピンパターン118は隣り合う他のピンパターン(図示しない)と素子分離が可能である。   Referring to FIG. 7, the hard mask layer 116, the multilayer layer 114, and the second relaxed semiconductor layer 104b are sequentially patterned to sequentially stack the second relaxed semiconductor pattern 104c, the multilayer pattern 114a, and the hard layer. A mask pattern 116a is formed. The multilayer pattern 114a includes a plurality of first semiconductor patterns 110a and second semiconductor patterns 112a that are alternately stacked. When one of the first and second semiconductor layers 110 and 112 is formed of the expanded silicon film and the other is formed of the silicon-germanium film, the first and second semiconductor patterns 110a are formed. , 112a is formed of an expanded silicon pattern, and the other is formed of a silicon-germanium pattern. The second relaxed semiconductor pattern 104 c and the multilayer pattern 114 a constitute a pin pattern 118. The pin pattern 118 is formed on the buried insulating film 106. Therefore, the pin pattern 118 can be separated from other adjacent pin patterns (not shown).

続いて、少なくとも前記ピンパターン118の露出した表面上にゲート絶縁膜120を形成する。前記ゲート絶縁膜120は前記ピンパターン118を有する支持基板105に熱酸化工程を実行して前記ピンパターン118の露出した表面に形成することができる。これによって、前記ゲート絶縁膜120は熱シリコン酸化膜及び熱ゲルマニウム酸化膜が共存する絶縁膜で形成することができる。   Subsequently, a gate insulating layer 120 is formed on at least the exposed surface of the pin pattern 118. The gate insulating layer 120 may be formed on the exposed surface of the pin pattern 118 by performing a thermal oxidation process on the support substrate 105 having the pin pattern 118. Accordingly, the gate insulating film 120 can be formed of an insulating film in which a thermal silicon oxide film and a thermal germanium oxide film coexist.

一方、前記ゲート絶縁膜120は他の方法で形成することができる。先ず、前記ピンパターン118を有する支持基板105の全面上に表面半導体層を形成する。前記表面半導体層は化学気相蒸着法、またはエピタキシャル成長工程で形成することができる。前記表面半導体層はシリコン膜で形成することができる。前記表面半導体層がエピタキシャル成長工程で形成される場合、前記表面半導体層は前記ピンパターン118の露出した表面上にだけ形成することができる。続いて、前記表面半導体層を熱酸化させて前記ゲート絶縁膜120を形成する。   Meanwhile, the gate insulating layer 120 can be formed by other methods. First, a surface semiconductor layer is formed on the entire surface of the support substrate 105 having the pin pattern 118. The surface semiconductor layer can be formed by a chemical vapor deposition method or an epitaxial growth process. The surface semiconductor layer can be formed of a silicon film. When the surface semiconductor layer is formed by an epitaxial growth process, the surface semiconductor layer can be formed only on the exposed surface of the pin pattern 118. Subsequently, the gate semiconductor layer 120 is formed by thermally oxidizing the surface semiconductor layer.

続いて、図1及び図2に示したゲート電極122を形成する。前記ゲート電極122は前記ゲート絶縁膜120上に前記ピンパターン118及びハードマスクパターン116aを横切るように形成される。前記ゲート電極122の形成の時、前記ゲート絶縁膜120もパターニングすることができる。   Subsequently, the gate electrode 122 shown in FIGS. 1 and 2 is formed. The gate electrode 122 is formed on the gate insulating layer 120 so as to cross the pin pattern 118 and the hard mask pattern 116a. When the gate electrode 122 is formed, the gate insulating layer 120 can also be patterned.

続いて、前記ゲート電極122をマスクとして使用して不純物イオンを注入して、前記ゲート電極122の両側の前記ピンパターン118に図1及び図3に示した一対の不純物拡散層125を形成する。前記不純物拡散層125はソース/ドレイン領域に各々該当する。   Subsequently, impurity ions are implanted using the gate electrode 122 as a mask to form a pair of impurity diffusion layers 125 shown in FIGS. 1 and 3 in the pin pattern 118 on both sides of the gate electrode 122. The impurity diffusion layers 125 correspond to source / drain regions, respectively.

(第2実施の形態)
本発明の他の実施の形態では、上述の一実施の形態と異なる形態の素子分離方法が適用されたピン電界効果トランジスタを示している。
(Second Embodiment)
In another embodiment of the present invention, a pin field effect transistor to which an element isolation method of a form different from the above-described one embodiment is applied is shown.

図8は本発明の他の実施の形態によるピン電界効果トランジスタを示す斜視図であり、図9は図8のIV−IV′に沿って切断した断面図であり、図10は図9のV−V′に沿って切断した断面図である。   8 is a perspective view showing a pin field effect transistor according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a sectional view taken along line IV-IV ′ of FIG. 8, and FIG. It is sectional drawing cut | disconnected along -V '.

図8、図9及び図10を参照すると、支持基板205上に順次に積層されたピンパターン218及びハードマスクパターン216aが配置される。前記ハードマスクパターン216aは前記ピンパターン218の側壁に整列された側壁を有する。   Referring to FIGS. 8, 9, and 10, a pin pattern 218 and a hard mask pattern 216 a are sequentially stacked on the support substrate 205. The hard mask pattern 216 a has sidewalls aligned with the sidewalls of the pin pattern 218.

前記支持基板205は半導体基板200と、前記半導体基板200上に順次に積層された緩衝半導体層202及び緩和された半導体層204で構成することができる。前記半導体基板100はシリコン基板からなり、前記緩衝半導体層202はグレードシリコン−ゲルマニウム層からなり、前記緩和された半導体層204は緩和されたシリコン−ゲルマニウム層からなることが望ましい。前記グレードシリコン−ゲルマニウム層及び緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は上述の一実施の形態と同一な物質からなり、同一な性質を有することができる。すなわち、前記グレードシリコン−ゲルマニウム層はゲルマニウム濃度が漸進的に増加して、下部面から上部面に高くなるほど、格子幅が漸進的に増加する。前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は膜の全体にわたってゲルマニウム濃度が均一で膜の全体にわたって均一な格子幅を有する。前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度は前記グレードシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度が最大の部分と同一であることが望ましい。したがって、前記緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は前記グレードシリコン−ゲルマニウム層のゲルマニウム濃度が最大である部分の格子幅と同一である。前記緩衝半導体層202は前記半導体基板200と前記緩和された半導体層204との間の格子幅の差によるストレスを緩衝する役割を果たす。   The support substrate 205 may include a semiconductor substrate 200, a buffer semiconductor layer 202 and a relaxed semiconductor layer 204 that are sequentially stacked on the semiconductor substrate 200. Preferably, the semiconductor substrate 100 is a silicon substrate, the buffer semiconductor layer 202 is a grade silicon-germanium layer, and the relaxed semiconductor layer 204 is a relaxed silicon-germanium layer. The grade silicon-germanium layer and the relaxed silicon-germanium layer may be made of the same material as the above-described embodiment and have the same properties. That is, in the grade silicon-germanium layer, the lattice width gradually increases as the germanium concentration gradually increases and increases from the lower surface to the upper surface. The relaxed silicon-germanium layer has a uniform germanium concentration throughout the film and a uniform lattice width throughout the film. The germanium concentration of the relaxed silicon-germanium layer is preferably the same as the portion of the grade silicon-germanium layer having the maximum germanium concentration. Therefore, the relaxed silicon-germanium layer has the same lattice width as the portion of the grade silicon-germanium layer where the germanium concentration is maximum. The buffer semiconductor layer 202 serves to buffer stress due to a difference in lattice width between the semiconductor substrate 200 and the relaxed semiconductor layer 204.

前記ピンパターン218は交互に積層された複数個の第1半導体パターン210a及び第2半導体パターン212aで構成された多層パターンからなる。この時、前記第1半導体パターン210a及び第2半導体パターン212aは一般的なシリコン結晶の格子幅に比べて少なくとも一方向に広い格子幅を有する。   The pin pattern 218 includes a multilayer pattern including a plurality of first semiconductor patterns 210a and second semiconductor patterns 212a that are alternately stacked. At this time, the first semiconductor pattern 210a and the second semiconductor pattern 212a have a lattice width wider in at least one direction than the lattice width of a general silicon crystal.

前記第1及び第2半導体パターン210a、212aのうちの一つは前記緩和された半導体層204と同一な格子幅を有する同一な物質からなることが望ましい。   One of the first and second semiconductor patterns 210a and 212a may be formed of the same material having the same lattice width as the relaxed semiconductor layer 204.

前記第1半導体パターン210a及び第2半導体パターン212aのうちの一つは膨脹したシリコンパターンからなり、他の一つはシリコン−ゲルマニウムパターンからなることが望ましい。   Preferably, one of the first semiconductor pattern 210a and the second semiconductor pattern 212a is an expanded silicon pattern, and the other is a silicon-germanium pattern.

前記膨脹したシリコンパターン及び前記シリコン−ゲルマニウムパターンは上述の一実施の形態と同一な構造及び特性を有することができる。すなわち、前記膨脹したシリコンパターンの水平な方向の格子幅は前記緩和された半導体層204の水平な方向の格子幅と同一な格子幅を有するように膨脹しており、前記シリコン−ゲルマニウムパターンは前記緩和された半導体層204と同一なゲルマニウム濃度を有する。これによって、前記ピンパターン218内の前記シリコン−ゲルマニウムパターンはストレスがなくなり、前記緩和された半導体層204と同一な格子幅を有する。前記ピンパターン218内のシリコン−ゲルマニウムパターンは前記膨脹したシリコンパターンのストレスを吸収するバッファの役割を果たす。   The expanded silicon pattern and the silicon-germanium pattern may have the same structure and characteristics as the above-described embodiment. That is, a horizontal lattice width of the expanded silicon pattern is expanded to have the same lattice width as a horizontal lattice width of the relaxed semiconductor layer 204, and the silicon-germanium pattern is The relaxed semiconductor layer 204 has the same germanium concentration. As a result, the silicon-germanium pattern in the pin pattern 218 is free from stress and has the same lattice width as the relaxed semiconductor layer 204. The silicon-germanium pattern in the pin pattern 218 serves as a buffer for absorbing the stress of the expanded silicon pattern.

前記ピンパターン218は図2の多層パターン114aと同一な最上部層及び最下部層を有することができる。   The pin pattern 218 may have the same uppermost layer and lowermost layer as the multilayer pattern 114a of FIG.

前記ハードマスクパターン216aはシリコン窒化膜からなることができ、前記シリコン窒化膜と前記ピンパターン218との間に介在されたバッファ酸化膜をさらに含むこともできる。   The hard mask pattern 216a may be formed of a silicon nitride film, and may further include a buffer oxide film interposed between the silicon nitride film and the pin pattern 218.

前記ピンパターン218及びハードマスクパターン216aの上部を横切るゲート電極225が配置され、少なくとも前記ピンパターン218と前記ゲート電極225との間にゲート絶縁膜222が介在される。前記ゲート絶縁膜222は延長されて前記ゲート電極225とハードマスクパターン216aとの間にも介在されることができる。前記ゲート電極225の両側の前記ピンパターン218内に一対の不純物拡散層227が配置される。前記不純物拡散層227はソース/ドレイン領域に該当する。   A gate electrode 225 is disposed across the pin pattern 218 and the hard mask pattern 216a, and a gate insulating layer 222 is interposed between at least the pin pattern 218 and the gate electrode 225. The gate insulating layer 222 may be extended to be interposed between the gate electrode 225 and the hard mask pattern 216a. A pair of impurity diffusion layers 227 are disposed in the pin pattern 218 on both sides of the gate electrode 225. The impurity diffusion layer 227 corresponds to a source / drain region.

前記ゲート電極225と前記ピンパターン218の周辺の前記支持基板205との間に素子分離膜220aが介在される。前記素子分離膜220aは絶縁膜からなる。例えば、前記素子分離膜220aはシリコン酸化膜からなることができる。前記素子分離膜220aによって、前記ピンパターン218は電気的に隔離されることができる。   An element isolation layer 220 a is interposed between the gate electrode 225 and the support substrate 205 around the pin pattern 218. The element isolation film 220a is made of an insulating film. For example, the device isolation layer 220a may be a silicon oxide layer. The pin pattern 218 may be electrically isolated by the device isolation layer 220a.

上述の構造のピン電界効果トランジスタにおいて、前記ピンパターン218は一般的なシリコン結晶に比べて広い格子幅を有する第1及び第2半導体パターン210a、212aが交互に積層された構造である。これによって、図4を参照して説明したように、チャンネル領域でキャリアの移動度を増加させて前記ピン電界効果トランジスタの性能を向上させることができる。これに加えて、前記ピンパターン218の下部面は前記支持基板205と接続されている。したがって、SOI基板で発生することができるフローティングボディー効果を防止することができ、前記ピンパターン218内に熱が発生しても、前記ピンパターン218内の熱は前記支持基板205に効果的に放出される。   In the pin field effect transistor having the above-described structure, the pin pattern 218 has a structure in which first and second semiconductor patterns 210a and 212a having a wider lattice width than a general silicon crystal are alternately stacked. Accordingly, as described with reference to FIG. 4, carrier mobility can be increased in the channel region to improve the performance of the pin field effect transistor. In addition, the lower surface of the pin pattern 218 is connected to the support substrate 205. Accordingly, the floating body effect that can be generated in the SOI substrate can be prevented, and even if heat is generated in the pin pattern 218, the heat in the pin pattern 218 is effectively released to the support substrate 205. Is done.

図11乃至図13は本発明の他の実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図8のIV−IV′に沿って切断した工程断面図である。   11 to 13 are process cross-sectional views taken along the line IV-IV 'of FIG. 8 for explaining a method of forming a pin field effect transistor according to another embodiment of the present invention.

図11を参照すると、半導体基板200上に緩衝半導体層202及び緩和された半導体層204を順次に形成する。前記半導体基板200、緩衝半導体層202及び緩和された半導体層204は支持基板205を構成することができる。   Referring to FIG. 11, a buffer semiconductor layer 202 and a relaxed semiconductor layer 204 are sequentially formed on a semiconductor substrate 200. The semiconductor substrate 200, the buffer semiconductor layer 202, and the relaxed semiconductor layer 204 may constitute a support substrate 205.

前記半導体基板200はシリコン基板を使用し、前記緩衝半導体層202はグレードシリコン−ゲルマニウム層で形成し、前記緩和された半導体層204は緩和されたシリコン−ゲルマニウム層で形成することが望ましい。前記グレードシリコン−ゲルマニウム層及び緩和されたシリコン−ゲルマニウム層は上述の一実施の形態と同一に形成することができる。   Preferably, the semiconductor substrate 200 is a silicon substrate, the buffer semiconductor layer 202 is formed of a grade silicon-germanium layer, and the relaxed semiconductor layer 204 is formed of a relaxed silicon-germanium layer. The grade silicon-germanium layer and the relaxed silicon-germanium layer can be formed in the same manner as in the above-described embodiment.

前記緩和された半導体層204上に交互に積層された複数個の第1半導体層210及び第2半導体層212で構成された多層膜214を形成する。前記第1半導体層210及び第2半導体層212のうちの一つはエピタキシャル成長工程を使用した膨脹したシリコン膜で形成し、他の一つはエピタキシャル成長工程を使用したシリコン−ゲルマニウム層で形成することが望ましい。この時、前記多層膜214内のシリコン−ゲルマニウム層は前記緩和された半導体層204と同一なゲルマニウム濃度を有するように形成することが望ましい。したがって、前記多層膜214内のシリコン−ゲルマニウム層は前記緩和された半導体層204と同一な格子幅を有し、前記多層膜214内の膨脹したシリコン膜は前記緩和された半導体層204と水平な方向に同一な格子幅を有するように膨脹する。前記多層膜214内のシリコン−ゲルマニウム層または前記緩和された半導体層204は前記多層膜214内の膨脹したシリコン膜のストレスを吸収するバッファの役割を果たす。   A multilayer film 214 including a plurality of first semiconductor layers 210 and second semiconductor layers 212 stacked alternately on the relaxed semiconductor layer 204 is formed. One of the first semiconductor layer 210 and the second semiconductor layer 212 may be formed of an expanded silicon film using an epitaxial growth process, and the other may be formed of a silicon-germanium layer using an epitaxial growth process. desirable. At this time, the silicon-germanium layer in the multilayer film 214 is preferably formed to have the same germanium concentration as the relaxed semiconductor layer 204. Accordingly, the silicon-germanium layer in the multilayer film 214 has the same lattice width as the relaxed semiconductor layer 204, and the expanded silicon film in the multilayer film 214 is level with the relaxed semiconductor layer 204. It expands to have the same grid width in the direction. The silicon-germanium layer or the relaxed semiconductor layer 204 in the multilayer film 214 serves as a buffer that absorbs the stress of the expanded silicon film in the multilayer film 214.

前記多層膜214は図6に示した多層膜114の最上部層及び最下部層と同一な形態で形成することができる。   The multilayer film 214 may be formed in the same form as the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer film 114 shown in FIG.

前記多層膜214上にハードマスク膜216を形成する。   A hard mask film 216 is formed on the multilayer film 214.

図12及び図13を参照すると、前記ハードマスク膜216及び多層膜を連続的にパターニングして順次に積層されたピンパターン218及びハードマスクパターン216aを形成する。前記ピンパターン218は交互に積層された複数個の第1半導体パターン210a及び第2半導体パターン212aで構成された多層パターンで形成される。   Referring to FIGS. 12 and 13, the hard mask layer 216 and the multilayer film are continuously patterned to form a pin pattern 218 and a hard mask pattern 216a that are sequentially stacked. The pin pattern 218 is formed as a multilayer pattern including a plurality of first semiconductor patterns 210a and second semiconductor patterns 212a that are alternately stacked.

前記ピンパターン218及びハードマスクパターン216aを有する支持基板205の全面上に素子分離絶縁膜220を形成する。前記素子分離絶縁膜220は絶縁膜で形成する。例えば、シリコン酸化膜で形成することができる。   An element isolation insulating layer 220 is formed on the entire surface of the support substrate 205 having the pin pattern 218 and the hard mask pattern 216a. The element isolation insulating film 220 is formed of an insulating film. For example, it can be formed of a silicon oxide film.

前記素子分離絶縁膜220を前記ハードマスクパターン216aの上部面が露出するまで平坦化させる。続いて、前記平坦化された素子分離絶縁膜を選択的に囲んで素子分離膜220aを形成する。前記素子分離膜220aの上部面は前記ピンパターン218の上部面に比べて低く形成される。これによって、前記ピンパターン218の上部側壁が露出する。前記ピンパターン218の下部面は前記緩和された半導体層204と接続している。   The element isolation insulating layer 220 is planarized until the upper surface of the hard mask pattern 216a is exposed. Subsequently, an element isolation film 220a is formed so as to selectively surround the planarized element isolation insulating film. The upper surface of the device isolation layer 220 a is formed lower than the upper surface of the pin pattern 218. As a result, the upper sidewall of the pin pattern 218 is exposed. The lower surface of the pin pattern 218 is connected to the relaxed semiconductor layer 204.

前記素子分離膜220aを有する支持基板205に熱酸化工程を実行する。したがって、前記ピンパターン218の露出した上部側壁にゲート絶縁膜222が形成される。この時、前記ゲート絶縁膜222は熱シリコン酸化膜及び熱ゲルマニウム酸化膜が共存することができる。   A thermal oxidation process is performed on the support substrate 205 having the element isolation layer 220a. Accordingly, the gate insulating layer 222 is formed on the exposed upper sidewall of the pin pattern 218. At this time, a thermal silicon oxide film and a thermal germanium oxide film can coexist in the gate insulating film 222.

前記ゲート絶縁膜222は他の方法で形成することができる。先ず、前記素子分離膜220aを有する支持基板205の全面に化学気相蒸着法またはエピタキシャル成長工程を使用して表面半導体層を形成する。続いて、前記表面半導体層を熱酸化させてゲート絶縁膜222を形成することができる。この時、前記ゲート絶縁膜222は同一な成分の熱酸化膜で形成することができる。前記表面半導体層はシリコン膜で形成することができる。   The gate insulating layer 222 can be formed by other methods. First, a surface semiconductor layer is formed on the entire surface of the support substrate 205 having the element isolation layer 220a using a chemical vapor deposition method or an epitaxial growth process. Subsequently, the surface semiconductor layer can be thermally oxidized to form the gate insulating film 222. At this time, the gate insulating film 222 may be formed of a thermal oxide film having the same component. The surface semiconductor layer can be formed of a silicon film.

続いて、図8に示したように、前記ゲート絶縁膜222を有する支持基板205に前記ピンパターン218及びハードマスクパターン216aの上部を横切るゲート電極225を形成する。前記ゲート電極225をマスクとして使用して不純物イオンを注入して前記ゲート電極225の両側の前記ピンパターン218に図8に示した一対の不純物拡散層227を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 8, a gate electrode 225 is formed on the support substrate 205 having the gate insulating film 222 so as to cross over the pin pattern 218 and the hard mask pattern 216a. Impurity ions are implanted using the gate electrode 225 as a mask to form a pair of impurity diffusion layers 227 shown in FIG. 8 in the pin pattern 218 on both sides of the gate electrode 225.

前記第1実施の形態及び第2実施の形態において、互いに対応する構成要素は互いに同一な物質で形成することができる。   In the first embodiment and the second embodiment, components corresponding to each other can be formed of the same material.

本発明の一実施の形態によるピン電界効果トランジスタを示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a pin field effect transistor according to an embodiment of the present invention. 図1のI−I′に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along II 'of FIG. 図1のII−II′に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along II-II 'of FIG. 図2のIII−III′に沿って切断した概略的なエネルギーバンドダイヤグラムである。FIG. 3 is a schematic energy band diagram cut along III-III ′ in FIG. 2. 本発明の一実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図2のI−I′に沿って切断した工程断面図である。FIG. 3 is a process cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2 for explaining a method of forming a pin field effect transistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図2のI−I′に沿って切断した工程断面図である。FIG. 3 is a process cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2 for explaining a method of forming a pin field effect transistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図2のI−I′に沿って切断した工程断面図である。FIG. 3 is a process cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2 for explaining a method of forming a pin field effect transistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施の形態によるピン電界効果トランジスタを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a pin field effect transistor according to another embodiment of the present invention. 図8のIV−IV′に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along IV-IV 'of FIG. 図9のV−V′に沿って切断した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line VV ′ of FIG. 9. 本発明の他の実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図8のIV−IV′に沿って切断した工程断面図である。FIG. 11 is a process cross-sectional view taken along the line IV-IV ′ of FIG. 8 to describe a method of forming a pin field effect transistor according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図8のIV−IV′に沿って切断した工程断面図である。FIG. 11 is a process cross-sectional view taken along the line IV-IV ′ of FIG. 8 to describe a method of forming a pin field effect transistor according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施の形態によるピン電界効果トランジスタの形成方法を説明するために図8のIV−IV′に沿って切断した工程断面図である。FIG. 11 is a process cross-sectional view taken along the line IV-IV ′ of FIG. 8 to describe a method of forming a pin field effect transistor according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体基板
102 緩衝半導体層
104a 緩和された半導体層
105 支持基板
106 埋没絶縁膜
116a ハードマスクパターン
120 ゲート絶縁膜
122 ゲート電極
125 不純物拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 102 Buffer semiconductor layer 104a Relaxed semiconductor layer 105 Support substrate 106 Buried insulating film 116a Hard mask pattern 120 Gate insulating film 122 Gate electrode 125 Impurity diffusion layer

Claims (26)

半導体基板から突出し、順次に積層された第1および第2半導体パターンを含むピンパターンを含み、前記第1および第2半導体パターンは少なくとも一方向に前記基板物質の格子幅に比べて大きい格子幅を有することを特徴とするピン電界効果トランジスタ。   A pin pattern including first and second semiconductor patterns sequentially protruding from the semiconductor substrate, wherein the first and second semiconductor patterns have a lattice width larger than the lattice width of the substrate material in at least one direction; A pin field-effect transistor comprising: 前記ピンパターンはその高さが増加するように、交互に積層された複数個の前記第1および第2半導体パターンを含み、前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは他の一つのストレスを減少させることを特徴とする請求項1に記載のピン電界効果トランジスタ。   The pin pattern includes a plurality of the first and second semiconductor patterns alternately stacked so that the height of the pin pattern increases, and one of the first and second semiconductor patterns is another one. 2. The pin field effect transistor according to claim 1, wherein stress is reduced. 前記ピンパターン内に定義されたトランジスタチャンネルの長さの方向に沿って、前記第1および第2半導体パターンの格子幅が前記基板の格子幅に比べて大きいことを特徴とする請求項1に記載のピン電界効果トランジスタ。   2. The lattice width of the first and second semiconductor patterns is larger than the lattice width of the substrate along a length direction of a transistor channel defined in the pin pattern. Pin field effect transistor. 前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは膨張したシリコンで形成され、前記第1および第2半導体パターンのうちの他の一つはシリコンゲルマニウムで形成されることを特徴とする請求項1に記載のピン電界効果トランジスタ。   The one of the first and second semiconductor patterns is formed of expanded silicon, and the other of the first and second semiconductor patterns is formed of silicon germanium. 2. The pin field effect transistor according to 1. 前記基板上の緩衝半導体層と、
前記バッファ半導体膜上の緩和した半導体層と、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のピン電界効果トランジスタ。
A buffer semiconductor layer on the substrate;
The pin field effect transistor according to claim 1, further comprising a relaxed semiconductor layer on the buffer semiconductor film.
前記基板はシリコンで形成され、前記緩衝半導体層はグレードシリコンゲルマニウムで形成され、前記緩和した半導体層はシリコンゲルマニウムで形成されることを特徴とする請求項5に記載のピン電界効果トランジスタ。   6. The pin field effect transistor of claim 5, wherein the substrate is formed of silicon, the buffer semiconductor layer is formed of grade silicon germanium, and the relaxed semiconductor layer is formed of silicon germanium. 前記緩衝半導体層のゲルマニウム濃度は、その底面からその上部面に高くなるほど、漸進的に増加し、前記緩和した半導体層のゲルマニウム濃度は均一であり、前記緩和した半導体層のゲルマニウム濃度は前記緩衝半導体層のゲルマニウムの最大濃度と同一であることを特徴とする請求項6に記載のピン電界効果トランジスタ。   The germanium concentration of the buffer semiconductor layer increases gradually from the bottom surface to the top surface thereof, and the germanium concentration of the relaxed semiconductor layer is uniform, and the germanium concentration of the relaxed semiconductor layer is the buffer semiconductor layer 7. A pin field effect transistor according to claim 6, characterized in that it has the same maximum concentration of germanium in the layer. 前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成されることを特徴とする請求項5に記載のピン電界効果トランジスタ。   6. The pin field effect transistor of claim 5, wherein one of the first and second semiconductor patterns is formed of the same material as the relaxed semiconductor layer. 前記ピンパターンは第3半導体パターンをさらに含み、前記第3半導体パターンは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成されることを特徴とする請求項5に記載のピン電界効果トランジスタ。   6. The pin field effect transistor of claim 5, wherein the pin pattern further includes a third semiconductor pattern, and the third semiconductor pattern is formed of the same material as the relaxed semiconductor layer. 前記基板上に配置され、前記ピンパターンの下部を囲む素子分離膜と、
前記素子分離膜上に部分的に配置されたゲート電極と、をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のピン電界効果トランジスタ。
An element isolation film disposed on the substrate and surrounding a lower portion of the pin pattern;
The pin field effect transistor according to claim 1, further comprising a gate electrode partially disposed on the device isolation film.
前記ピンパターン上に配置されたハードマスク膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のピン電界効果トランジスタ。   The pin field effect transistor according to claim 1, further comprising a hard mask film disposed on the pin pattern. 第1および/または第2方向に沿って第1格子幅を有する半導体基板と、
前記第1および/または第2方向に沿って第2格子幅を有する第1半導体パターンと、
前記第1および/または第2方向に沿って第3格子幅を有する第2半導体パターンと、を含み、
前記第2および第3格子幅は前記第1格子幅に比べて大きく、前記第1および第2半導体パターンは順次に積層されて前記基板から突出したピンパターンを形成することを特徴とするピン電界効果トランジスタ。
A semiconductor substrate having a first lattice width along the first and / or second direction;
A first semiconductor pattern having a second lattice width along the first and / or second direction;
A second semiconductor pattern having a third lattice width along the first and / or second direction,
The pin electric field characterized in that the second and third lattice widths are larger than the first lattice width, and the first and second semiconductor patterns are sequentially stacked to form a pin pattern protruding from the substrate. Effect transistor.
半導体基板から突出し、積層された第1および第2半導体パターンを含むピンパターンを形成する段階を含み、前記第1および第2半導体パターンは少なくとも一方向に前記基板物質の格子幅に比べて大きい格子幅を有することを特徴とするピン電界効果トランジスタの形成方法。   Forming a pin pattern that protrudes from the semiconductor substrate and includes stacked first and second semiconductor patterns, wherein the first and second semiconductor patterns are larger in at least one direction than a lattice width of the substrate material; A method for forming a pin field-effect transistor having a width. 前記ピンパターンを形成する段階は、
前記ピンパターンの高さが増加するように、交互に積層された複数個の前記第1および第2半導体パターンを形成する段階を含み、前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは他の一つのストレスを減少させることを特徴とする請求項13に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。
The step of forming the pin pattern includes:
Forming a plurality of first and second semiconductor patterns alternately stacked so that a height of the pin pattern is increased, wherein one of the first and second semiconductor patterns is another 14. The method of forming a pin field effect transistor according to claim 13, wherein one of the stresses is reduced.
前記ピンパターン内に定義されたトランジスタチャンネルの長さの方向に沿って、前記第1および第2半導体パターンの格子幅が前記基板の格子幅に比べて大きいことを特徴とする請求項13に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。   14. The lattice width of the first and second semiconductor patterns is larger than the lattice width of the substrate along a length direction of a transistor channel defined in the pin pattern. Of forming a pin field effect transistor. 前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは膨張したシリコンで形成され、前記第1および第2半導体パターンのうちの他の一つはシリコンゲルマニウムで形成されることを特徴とする請求項13に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。   The one of the first and second semiconductor patterns is formed of expanded silicon, and the other of the first and second semiconductor patterns is formed of silicon germanium. 14. A method for forming a pin field effect transistor according to item 13. 前記基板上に緩衝半導体層を形成する段階と、
前記バッファ半導体膜上に緩衝した半導体層を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。
Forming a buffer semiconductor layer on the substrate;
The method of forming a pin field effect transistor according to claim 13, further comprising: forming a buffered semiconductor layer on the buffer semiconductor film.
前記基板はシリコンで形成され、前記緩衝半導体層はグレードシリコンゲルマニウムで形成され、前記緩和した半導体層はシリコンゲルマニウムで形成されることを特徴とする請求項17に記載のピン電界効果トランジスタ形成方法。   The method of claim 17, wherein the substrate is formed of silicon, the buffer semiconductor layer is formed of grade silicon germanium, and the relaxed semiconductor layer is formed of silicon germanium. 前記緩衝半導体層のゲルマニウム濃度はその底面からその上部面に高くなるほど、漸進的に増加し、前記緩和した半導体層のゲルマニウム濃度は均一であり、前記緩和した半導体層のゲルマニウム濃度は前記緩衝半導体層のゲルマニウム最大濃度と同一なことを特徴とする請求項18に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。   As the germanium concentration of the buffer semiconductor layer increases from the bottom surface to the top surface thereof, the germanium concentration gradually increases, the germanium concentration of the relaxed semiconductor layer is uniform, and the germanium concentration of the relaxed semiconductor layer is the buffer semiconductor layer 19. The method of forming a pin field effect transistor according to claim 18, wherein the same is the same as the maximum concentration of germanium. 前記第1および第2半導体パターンのうちの一つは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成されることを特徴とする請求項17に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。   The method of claim 17, wherein one of the first and second semiconductor patterns is formed of the same material as the relaxed semiconductor layer. 前記ピンパターンは第3半導体パターンをさらに含み、前記第3半導体パターンは前記緩和した半導体層と同一な物質で形成されることを特徴とする請求項17に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。   The method of claim 17, wherein the pin pattern further includes a third semiconductor pattern, and the third semiconductor pattern is formed of the same material as the relaxed semiconductor layer. 前記基板上に配置され、前記ピンパターンの下部を囲む素子分離膜を形成する段階と、
前記素子分離膜上に部分的に配置されたゲート電極を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。
Forming an element isolation film disposed on the substrate and surrounding a lower portion of the pin pattern;
The method according to claim 13, further comprising: forming a gate electrode partially disposed on the device isolation film.
前記ピンパターン上に配置されたハードマスク膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載のピン電界効果トランジスタの形成方法。   The method of claim 13, further comprising forming a hard mask film disposed on the pin pattern. 第1および/または第2方向に沿って第1格子幅を有する半導体基板を準備する段階と、
前記第1および/または第2方向に沿って第2格子幅を有する第1半導体パターンを形成する段階と、
前記第1および/または第2方向に沿って第3格子幅を有する第2半導体パターンを形成する段階と、を含み、
前記第2および第3格子幅は前記第1格子幅に比べて大きく、前記第1および第2半導体パターンは順次に積層されて前記基板から突出したピンパターンを形成することを特徴とするピン電界効果トランジスタの形成方法。
Providing a semiconductor substrate having a first lattice width along a first and / or second direction;
Forming a first semiconductor pattern having a second lattice width along the first and / or second direction;
Forming a second semiconductor pattern having a third lattice width along the first and / or second direction,
The pin electric field characterized in that the second and third lattice widths are larger than the first lattice width, and the first and second semiconductor patterns are sequentially stacked to form a pin pattern protruding from the substrate. Method for forming effect transistor.
半導体基板、前記半導体基板上に順次に積層された緩衝半導体層および緩和した半導体層を含む支持基板と、
前記支持基板上に配置され、交互に積層された複数個の第1および第2半導体パターンを有する多層パターンを含むピンパターンと、
前記ピンパターンを横切るゲート電極と、
前記ピンパターンと前記ゲート電極との間に介在されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極の両側の前記ピンパターン内に位置した少なくとも一つの不純物拡散層と、を含み、
前記第1および第2半導体パターンは少なくとも一方向に前記基板物質の格子幅に比べて広い格子幅を有することを特徴とするピン電界効果トランジスタ。
A support substrate including a semiconductor substrate, a buffer semiconductor layer and a relaxed semiconductor layer sequentially stacked on the semiconductor substrate;
A pin pattern including a multilayer pattern having a plurality of first and second semiconductor patterns disposed on the support substrate and alternately stacked;
A gate electrode across the pin pattern;
A gate insulating film interposed between the pin pattern and the gate electrode;
And at least one impurity diffusion layer located in the pin pattern on both sides of the gate electrode,
The pin field effect transistor according to claim 1, wherein the first and second semiconductor patterns have a lattice width wider than the lattice width of the substrate material in at least one direction.
半導体基板、前記半導体基板上に順次に積層された緩衝半導体層および緩和した半導体層を含む支持基板を形成する段階と、
前記支持基板上に交互に積層された複数個の第1および第2半導体層を有する多層膜を形成する段階と、
前記多層膜をパターニングして第1および第2半導体パターンを含むピンパターンを形成する段階と、
前記ピンパターン上にゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ピンパターンを横切るゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート電極の両側の前記ピンパターン内に少なくとも一つの不純物拡散層を形成する段階と、を含み、
前記第1および第2半導体パターンは少なくとも一方向に前記基板物質の格子幅に比べて広い格子幅を有することを特徴とするピン電界効果トランジスタの形成方法。
Forming a semiconductor substrate, a support substrate including a buffer semiconductor layer and a relaxed semiconductor layer sequentially stacked on the semiconductor substrate;
Forming a multilayer film having a plurality of first and second semiconductor layers alternately stacked on the support substrate;
Patterning the multilayer film to form a pin pattern including first and second semiconductor patterns;
Forming a gate insulating film on the pin pattern;
Forming a gate electrode across the pin pattern;
Forming at least one impurity diffusion layer in the pin pattern on both sides of the gate electrode,
The method of forming a pin field effect transistor, wherein the first and second semiconductor patterns have a lattice width wider than the lattice width of the substrate material in at least one direction.
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